Eine Vervielfältigung des gesamten Genoms vor etwa 400 Millionen Jahren könnte laut einer neuen Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurde, für die Entwicklung von Spinnenseidenspinnorganen verantwortlich sein. Dies deutet darauf hin, dass eines der bemerkenswertesten biologischen Werkzeuge der Natur aus einem massiven genetischen Unfall hervorgegangen ist.
Der zufällige Ursprung der Spinnweben
Seit Jahren fragen sich Wissenschaftler, wie Spinnen die komplexen Strukturen namens Spinndüsen entwickelt haben, die die unglaublich starke und vielseitige Seide produzieren, die sie für Netze, Jagd und Fortpflanzung verwenden. Die führende Theorie ging davon aus, dass diese Organe aus Modifikationen bestehender Gene zur Strukturierung von Gliedmaßen entstanden seien. Die zugrunde liegenden genetischen Mechanismen blieben jedoch unklar.
Forscher unter der Leitung von Shuqiang Li von der Anhui Normal University in China analysierten die Genome von zwei Spinnenarten und einem Peitschenskorpion und verglichen sie mit anderen Spinnentierverwandten. Ihre Ergebnisse zeigten, dass ein alter Vorfahre der Spinnen, Skorpione und Peitschenskorpione eine vollständige Vervielfältigung seines gesamten Genoms erlebte. Das bedeutete, dass jedes Gen kopiert wurde, was zu einem massiven Anstieg des genetischen Materials führte.
Die Rolle der Abdominal-A-Gene
Die Studie identifizierte ein bestimmtes Genpaar, abdominal-A, als entscheidend für die Entwicklung von Spinnwarzen. Experimente an Spinnenembryonen zeigten, dass die Deaktivierung dieses Gens dazu führte, dass Embryonen überhaupt keine Spinndüsen mehr hatten.
„Die duplizierten Gene scheinen nach der Duplikation unterschiedliche Rollen entwickelt zu haben“, erklärte Li. „Gemeinsam erschaffen sie die speziellen Spinndüsen, die wir heute sehen.“ Dies deutet darauf hin, dass die anfängliche Vervielfältigung kein zufälliges Ereignis war, sondern ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Spinnenentwicklung.
Warum die Duplikation des Genoms wichtig ist
Die Vervielfältigung des gesamten Genoms kommt in der Pflanzenevolution häufig vor, bei Tieren jedoch relativ selten. Wenn es passiert, entstehen Möglichkeiten für neue Geninteraktionen und große evolutionäre Veränderungen. Es wurde mit der Diversifizierung der Kieferwirbeltiere in Verbindung gebracht und könnte erklären, warum Spinnen überhaupt Seidenspinnorgane entwickelten.
Prashant Sharma, Biologe an der University of Wisconsin-Madison, stellt fest, dass die Forschung zwar „wunderschön“ sei, alternative Erklärungen jedoch nicht völlig ausschließe. Einigen Arthropoden fehlt das abdominal-A -Gen, sie haben aber dennoch verkürzte Körper, was darauf hindeutet, dass das Gen möglicherweise mehr als nur die Entwicklung der Spinnwarzen steuert.
„Möglicherweise sind die Forscher auf einen genetischen Weg gestoßen, stattdessen ein seespinnen- oder milbenähnliches Tier zu erschaffen“, sagt Sharma.
Trotz dieser Unsicherheit betont Li, dass die Genomduplikation ein wiederkehrender Faktor für die Tiervielfalt ist. Dieses zufällige genetische Ereignis könnte der Auslöser für eine der faszinierendsten Anpassungen der Natur gewesen sein.
Die Studie zeigt, wie aus unerwarteten genetischen Fehlern große evolutionäre Veränderungen entstehen können, die Unfälle über Millionen von Jahren hinweg in Anpassungen verwandeln können. Der Ursprung der Spinnenseide ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie Zufälligkeit und Gelegenheit in der Geschichte des Lebens auf der Erde aufeinanderprallen.
